张金国，舒礼伟，王 隽，杨 俊

（1.武汉第二船舶设计研究所，武汉430064；2.海军驻武汉第二船舶设计研究所军代表室，武汉430064）

在舰艇建造和维修过程中，轴系的校中方法很多［1］，但就其校中的基本思想和原理而言可以划分为三大类：轴系直线校中方法、轴系轴承允许负荷校中方法、轴系合理校中方法。

1 轴系直线校中

直线校中是最早采用的轴系校中方法，采用该方法需在施工过程中严格保证各轴承同线、轴系各联接法兰的偏中值严格限制在规定范围内。轴系呈直线敷设是直线校中的基本思想。

按轴承上允许负荷校中法是通过把轴承负荷调整在允许范围内实现校中的。在轴系安装前，要求对轴承负荷进行专门计算，给出轴承负荷允许范围，在施工过程中用专门测力计测量轴承实际负荷。该方法通常只能对少数几个中间轴承实现负荷调整和检测，无法顾及尾管轴承及齿轮箱前后轴承的负荷分布情况。此外，实施过程中的负荷检测方法尚存在一定的缺欠和局限性，因此，此方法无论在理论上还是在实施方面都不是一种完善的校中方法。

目前，对小型船舶推进轴系来说，主要采用“曲折和偏移”和负荷法进行安装，采用“千斤顶顶举系数”法进行检验，这些方法是在轴系实际的安装条件与校中计算理论模型基本一致的情况下进行的。如果轴系实际安装条件有变化，比如船体变形、轴承支撑刚度的影响等，用理论计算结果进行轴系安装与检验，就难以满足轴系实际安装的需要，可能会带来不必要的破坏和危险。而且，这些方法在应用中都有一定的局限性，费时费力，比如在“曲折和偏移”法中曲折和偏移的测量，除了调整轴承的变位之外，还需要在每一个法兰连接处脱开和连接各对法兰；而千斤顶法需要测量轴承支反力，在某些无法安放千斤顶的地方，就无法测量轴承的支反力；同时，两种方法都无法用来对轴系运转状况进行分析与监测。

目前我国大功率舰艇的轴系校中仍采用了直线校中方法；在实际操作过程中，此方法存在不足。

其一，在舰艇建造过程中，轴系的安装存在超差问题，其轴系法兰的曲折值存在超标，且轴系安装状态不稳定；碰到此种问题舰艇设计方及建造方均要进行分析研究才能决定是否交验，给舰艇的交验造成很大影响。

其二，由于直线校中方法没有考虑支承负荷的分配问题，通常会使得靠近螺旋桨的轴承负荷过大。此外，齿轮箱前后轴承负荷差难以保证在规定范围内以及个别轴承可能会出现负负荷现象。显然，由于实际结构中存在轴系各轴承间距不等、作用力不均衡等多种原因，使轴承负荷分配不合理，各轴段应力分布不均匀，导致轴系校中不良，其危害有：

1）尾轴管后轴承（靠近螺旋桨）负荷过大且单边承载，长期运转易造成轴承磨损，出现烧损和泄漏事故；

2）尾轴管前轴承和前中间轴承会因负荷过小或受反向负荷而失去正常的支承作用，发生失载现象，从而改变了轴系原有的动力特性，可能会使轴系的回旋振动临界转速进入主机的工作转速区，产生剧烈振动；

3）减速齿轮箱前后轴承负荷差超出允许范围，破坏了齿轮间的正常啮合，产生较大的振动及噪声，影响齿轮箱使用寿命等等。可见，直线校中方法不尽合理。

随着大功率舰艇功率的增大、推进器重量的增加，导致推进轴系轴径的增大，轴承负荷的增加，按照直线校中方法进行校中计算过程中发现，很多时候会出现无法满足有关标准要求的情况；故必须采用更为合理的校中方法对大功率舰艇推进轴系进行校中计算。

2 轴系合理校中方法

所谓轴系合理校中，其实质是在遵守规定的轴承负荷、应力、转角等限制条件下，通过校中计算以确定各轴承的合理位置，将轴系安装成规定的曲线状态，以达到使各个轴承上的负荷合理分配［2］。此法在有的文献中也称为“轴系最佳校中”。合理校中的实施包括三个阶段：轴系校中方案设计、实施轴系校中、轴承负荷检测。

采用有效的数值计算方法进行校中方案设计计算，将轴系按设计方案安装后，再对轴承负荷进行实际测量、调整，以确保质量。可见，合理校中无疑会大大改善轴系的工作条件，有利于轴系长期安全运行。

国外从上世纪50年代已开始此项技术的研究，建立了合理校中设计计算方法，并将优化设计理论用于校中计算，从而使合理校中的方案设计更加精确。目前国外船级社（如法国、劳氏、挪威、日本、美国）已在船舶规范中作出明文规定，要求提供船舶设计时需提供轴系静态校中计算书（包括校中轴系的各种状态参数和工艺参数计算），并作为大型船舶轴系的安装和交验依据。

国内从上世纪70年代末期开始研究轴系合理校中技术，提出了三弯距法、有限单元法和迁移矩阵法等理论分析方法，并按照理论分析方法编制了校中计算的应用程序，进行了计算方法、测试方法的台架试验等研究，编写了适用于校中计算安装轴系的标准（CB＊／Z338-84《船舶推进轴系校中》）；同时在国内实船上进行了应用，早在1981年由上海船厂建造的16 000t出口船舶应用了该技术，其后江南、沪东、大连等船厂在建造出口船舶时也应用了该校中计算方法。现在民用船舶的轴系安装已普遍采用此方法，有些军用舰艇也采用此校中技术，经实践证明效果明显。

3 轴系合理校中工艺

轴系合理校中时，可采用如下两种方法进行。

3.1 按偏移、曲折校中

根据校中计算所给的各联接法兰上的偏移、曲折值进行轴系校中，是目前常用的方法。

3.2 按轴承位移校中

对于长轴系，由于联接法兰的数量多，如按法兰的偏移、曲折校中难以达到校中计算的要求时（由于偏移曲折的误差积累大），应采用光学仪按轴承的位移进行校中。这时，校中后各轴承的位移应符合校中计算文件的规定。

对于大功率舰艇来说，因其推进轴系长度较大，一般采用第二种方法进行轴系合理校中计算和安装。

4 工程计算实例与分析

图1为某大功率舰艇推进轴系布置简图，按照轴系直线校中方法以及轴系合理校中方法对其进行的校中计算，结果见表1、2。

图1 轴系布置简图

从表1中可知，轴承2的支承力为负值，不满足CB＊／Z 338-84的要求，因此必须对轴系状态进行调整。采用合理校中方法，使轴承适当变位（垂向方向），具体措施是：以轴承2为理论中心线，将轴承1相对理论中心线下降2mm，轴承4、5、6下降0.5mm。表2计算结果显示，六个轴承的支承力满足标准要求。

表1 按轴系直线校中方法计算的轴承状态

表2 按轴系合理校中方法计算的轴承状态

采用合理校中后，尾轴轴承支承点转角大于CB＊／Z 338-84的要求，可采用尾轴承斜镗孔方法进行处理。

5 结束语

轴系合理校中方法不仅原理正确、技术方法成熟，而且经过几十年实践运行证明该方法比直线校中方法和轴承允许负荷校中方法优越；该方法在国外已广泛采用，并在船舶规范中明文规定轴系在设计时需提供轴系校中计算书，轴系安装可参照轴系校中计算结果指导进行；大功率舰艇上采用轴系合理校中方法技术上已具备了条件。

当前情况下，针对大功率舰艇的推进轴系尚需开展如下工作：推进轴系合理校中安装工艺研究，如推进轴系斜镗孔工艺；推进轴系动态校中研究与应用［3］，目前轴系动态校中在国内还处于研究阶段，实际应用较少。

［1］周继良，邹鸿钧.船舶轴系校中原理及其应用［M］.北京：人民交通出版社，1986.

［2］张洪田.船舶轴系合理校中技术研究［J］.黑龙江工程学院学报：自然科学版，2003（6）：3～7.

［3］游加慰.轴系校中计算动态因素的研究［J］.武汉造船，1998（2）：28～31.